고객이 직면한 과제
University of California Los Angeles(UCLA)의 정형외과와 제휴하는 정형외과 병원에 위치한 Implant Performance Lab은 정형외과 임플란트 생체 역학 분야에서 연구와 교육을 제공합니다. 이 그룹은 임플란트 생체 역학, 수술 기법 및 임상 결과 사이의 주요 관계를 파악하고 이러한 상호 작용을 연구하기 위한 모델을 구축함으로써 정형외과 임플란트의 생체 내 성능을 이해하고 시뮬레이션하는 데 특화되어 있습니다. 팀에서는 임상 성능을 정확하게 예측하기 위해 임상 사용 중에 경험하게 될 힘과 순간에 장치를 적용합니다.
임플란트 개발자는 예상되는 장치 성능을 이해하고 특성화하기 위해 다양한 강도, 피로 및 마모 테스트를 실행합니다. 이러한 결과는 종종 규제 승인 프로세스 중에 제출되는 정보의 본문에 포함됩니다.
Implant Performance Lab의 Sophia Sangiorgio 박사는 "이러한 테스트는 장치를 시장에 출시하는 데 필수적이므로 시간이 지남에 따라 장치에 다른 문제가 없도록 지속적으로 업데이트하고 개선해야 합니다."라고 했습니다. "예를 들어 1970년대에 고관절 전체를 교체한 경우 대퇴부 스템의 피로 실패가 다소 흔했습니다. 그 결과 요즘 사용하는 대퇴부 스템은 피로 골절에 잘 저항하도록 제작되었습니다.
그러나 요즘은 환자의 기대치와 활동 수준이 증가하여 임플란트 헐거워짐 또는 탈구와 같은 다른 유형의 문제가 발생하고 있으며 이는 스템 부러짐과 똑같이 환자에게 치명적입니다." Sangiorgio가 덧붙였습니다. "저희는 외과의와 장치 개발자가 환자의 상태를 개선하는 데 도움이 되도록 이와 같은 시나리오에 집중하고 있습니다."
임플란트 성능 실험실은 정형외과 병원의 J. Vernon Luck 정형외과 연구 센터의 일부로 정형외과 연구의 다양한 측면을 전문으로 하는 여러 실험실로 구성되어 있습니다. 여기에는 베어링 표면 마찰, 마모 입자 분석, 임플란트 검색 분석, 뼈 및 결합 조직 치유의 생체 역학, 컴퓨터 모델링이 포함됩니다. 임플란트 성능 연구소장 Eddie Ebramzadeh에 따르면 기계적 테스트는 임플란트 성능을 평가하는 다른 방식에 비해 몇 가지 이점을 제공한다고 합니다.
Ebramzadeh는 "동물은 너무 작아서 테스트할 수 없고 프로토타입을 환자의 몸에서 평가하는 것은 적절하지 않으며 컴퓨터 기반 모델을 사용하여 인간의 근골격계와 관련된 매우 복잡한 생물학적 환경을 복제하기는 어렵습니다."라고 합니다. "하지만 기계적 모델링은 저희 작업에 이상적입니다. 신체에서 뼈, 근육 및 조직이 기계적 방식으로 상호작용하기 때문입니다. 그러나 이 접근법의 성공 여부는 기계 테스트를 정확하게 수행하고 재현 가능하도록 설계하고 수행할 수 있는지에 달려있습니다."
MTS 솔루션
임플란트 성능 실험실은 다양한 MTS 부하 프레임, 테스트 소프트웨어 및 제어 시스템을 사용하여 생체 역학 테스트를 지원합니다. 개발 중인 정형외과용 장치는 합성 뼈 또는 시체 구조에 이식된 다음 맞춤 설계된 고정물을 사용하여 테스트 시스템에 장착되고 생리학적 부하와 움직임이 적용됩니다.
팀의 연구는 척추, 대퇴골, 경골, 팔꿈치, 손뿐만 아니라 엉덩이, 무릎 및 발목 관절 등 인간 근골격계의 거의 모든 영역에 적용됩니다.
5곳의 기계 테스트 스테이션은 현재 임플란트 고정 인터페이스에서 초미세 동작을 모델링하기 위한 프레팅 마모 시뮬레이터와 함께 맞춤형 디스크 관절 성형 마모 시뮬레이터로 변환된 2개의 단축 부하 프레임을 포함하여 바쁜 실험 일정을 지원합니다. 2축 부하 프레임은 엉덩이, 무릎 및 척추 관절 성형술의 고정 및 안정성을 평가하는데도 사용됩니다. 2축 시스템은 비틀림 및 축 방향 부하를 적용하는 데 사용되며 사용자 정의 장치를 사용하면 각 해부학적 위치에 특정한 굽힘 순간 및 기타 복잡한 생리학적 부하 프로토콜을 적용할 수 있습니다.
실험실에는 또한 6개 스테이션 MTS Spine 디스크 마모 시뮬레이터와 MTS Spine 운동학 테스트 시스템이 장착되어 있어 8도의 완전한 자유도에서 시뮬레이션을 용이하게 합니다. 이 시스템은 요추용 후방 동적 안정화 장치의 다양한 디자인을 평가하는 데 사용됩니다. 최근 연구진은 복잡한 생체 역학적 문제인 청소년의 척추 기형을 보정하기 위한 다양한 수술 기법을 평가하고 있습니다.
"저희의 기계 테스트 장비는 많은 관절 교체 임플란트 및 골절 고정 장치에 대한 생체 내 및 수술 조건을 정확하게 반복적으로 시뮬레이션할 수 있는 능력에 대한 확신을 줍니다." Sangiorgio의 말입니다.
고객 혜택
Ebramzadeh에 따르면 팀의 현재 기계적 테스트 기능은 정형외과 커뮤니티에서 즉각적인 관심을 보이는 일상적인 문제를 해결하는 데 중점을 둔 실험실과 잘 맞아떨어집니다.
Ebramzadeh는 "저희는 실제 임상 적용에 대한 강조를 지원할 장비를 갖추고 있습니다. "저희의 능력을 통해 정형외과의와 환자에게 가장 적합한 방식으로 임플란트 장치 성능을 평가할 수 있습니다.
"저희는 Luck Research Center에서 활동하는 숙련된 엔지니어, 생물학자 및 외과의 팀과 협력하여 정형외과 커뮤니티에 가치 있는 연구를 제공할 수 있습니다." Ebramzadeh가 말을 잇습니다. "저희는 임플란트가 수명 주기 내에 어떻게 작동할 것인지를 잘 예측하는 테스트 데이터를 제공하는 것으로 명성을 얻었습니다."
임플란트 성능 연구소는 또한 로스앤젤레스 지역의 공대생들이 인턴 생활을 하고 싶어하는 곳이 되었습니다. Sangiorgio는 공대생에게 인기를 얻는 이유가 여기에서 수행하는 연구가 병진적인 특성을 띠는 것에 기인한다고 생각합니다.
Sangiorgio는 "학생들은 최신 정형외과 기술로 작업하고 주로 이론에 초점을 맞추는 엔지니어링 프로그램을 통해서는 얻을 수 없는 현실적인 실습 경험을 얻을 수 있습니다."라고 합니다. "저희의 연구가 환자의 삶의 질을 개선할 수 있음이 분명히 밝혀졌고 저희의 작업이 관련된 모든 사람에게 흥미롭고 의미가 있도록 해줍니다."
